Гидроэлектростанция руслового типа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время ГЭС, в основном, работает по режиму, отвечающему требованиям водного транспорта, поэтому большая часть годовой выработки электроэнергии приходится на период навигации. В связи с большим напором и меньшим отбором воды на орошение выработка в средний по водности год должна составлять около 660 млн. квт-ч. На ГЭС частично возлагаются функции аварийного резерва. Линиями электропередач 220 кв ГЭС связана со смежными энергосистемами и линией 110 кв -- с насосными станциями, подающими воду для орошения. ГЭС работает, в основном, по пиковому режиму. Плотина Цимлянской ГЭС фактически является нижней ступенью Волго-Донского судоходного канала. По плотине ГЭС проходят магистральные железнодорожный и автодорожный переходы.



1. Цимлянская ГЭС

гидроэлектростанция строительство генератор ток

Гидроэлектростанция руслового типа. Здание ГЭС расположено в общем фронте подпорных сооружений с левой стороны водосливной плотины. Оно состоит из двух секций: речной, включающей два блока главных агрегатов и блок рыбоподъемника, и береговой, включающей также два блока главных агрегатов и монтажную площадку. Блок рыбоподъемника состоит из рыбоходного шлюза и малого гидроагрегата, работающего на расходах рыбоподъемника.

Главный агрегат станции состоит из поворотнолопастной турбины диаметром 6,6 м и генератора мощностью 50 000 ква, напряжением 10,5 кв. Повысительные трансформаторы однофазные, объединенные в две группы по три штуки. Малый агрегат мощностью 4 200 квт состоит из поворотно-лопастной турбины и генератора мощностью 5 000 ква.

Общая длина здания ГЭС равна 116,6 м (включая рыбоподъемник и монтажную площадку), ширина 56,5 м.

С низовой стороны к зданию ГЭС примыкает водобойная плита длиной 50 м при толщине от 3,0 до 1,0 м.

Конструкция рисбермы аналогична принятой для водосливной плотины. Водобойная плита и рисберма уложены на слое обратного фильтра.

Состав сооружений ГЭС:

· земляная плотина высотой 32 м;

· бетонная водосливная плотина;

· здание ГЭС;

· двухкамерный судоходный шлюз;

· рыбоподъёмник;

· головное сооружение Донского магистрального оросительного канала.



Рис. 1 Машинный зал Цимлянской гидроэлектростанции

2. История строительства

Цимлянская ГЭС строилась в 1949-1952 гг. усилиями заключенных ГУЛАГа (Цимлянский ИТЛ, в котором содержалось до 47000 человек).

Была введена в эксплуатацию в июле 1952 года. Является средненапорной электростанцией руслового типа.

В 1999 и 2001 гг. два гидроагрегата были реконструированы с увеличением мощности с первоначальных 50 МВт до 52,5 МВт.

В декабре 2007 года были подведены итоги конкурса на замену третьего гидроагрегата (станционный №4); в соответствии с ним, гидротурбину поставит ЗАО «Турбоинжиниринг -- Русэлпром», гидрогенератор -- ОАО НПО «Элсиб». Новое оборудоване должно быть смонтировано к 30 сентября 2009 года. Позднее планируется произвести замену и четвёртого гидроагрегата.

Цимлянская ГЭС спроектирована институтом «Гидропроект».



3. Состав и характеристики ГА1

Краткая характеристика

Синхронный генератор трехфазного тока с вертикальным валом завода «Электросила» имени Кирова непосредственно соединяются с поворотно-лопастной турбиной.

Тип генератора СВ 1030/120-68.

По заводским данным мощность 50000 кВа 40000 кВт, при коэффициенте мощности 0.8, ток статора - 2750 А, ток ротора 1110 А.

После проведения работ на генераторе по улучшению охлаждения и перемотки обмотки статора с применением термореактивной изоляции по результатам теплового испытания установлена: мощность генератора 58800 кВа 50000 кВт при Cos ц =0.85 и температуре охлаждающего воздуха 40°С, номинальный ток статора 3230 А, номинальный ток ротора 1180 А.

Допустимые нагрузки по статору и ротору в зависимости от температуры охлаждающего воздуха:

№ п/п	Наименование	Напряж. статора кВ	Допустим. Нагрузки (А) при темп. охлажд. газа С
			20 и ниже	31-35	36-40	41-45	46-50	51-55
1.	Статор	11.0 10.5 10.0	3350 3525 3700	3220 3390 3560	3065 3230 3390	2920 3070 3225	2760 2905 3050	2575 2710 2845
2.	Ротор	11 и ниже	1265	1225	1180	1140	1085	1030

Основные расчетные реактивности

Синхронная продольная реактивность ХdП = 0.71

Синхронная поперечная реактивность ХqП = 0.49

Продольна переходная реактивность Хd = 0.26

Данные механической части

Маховый момент вращающихся частей генератора - 15000 тм2.

Угонная скорость вращения - 180 об/мин.

Вес вращающейся части турбины и осевое давление воды - 800 т.

Направление вращения - по часовой стрелке, если смотреть сверху.

Конструктивное выполнение генераторов

Генератор выполнен в зонтичном исполнении с подпятником, установленным на крышке турбины, с одним направляющим подшипником в ванне подпятника, с возбудителем, подвозбудителем и генератором для питания двигателя маятника регулятора турбины, помещенными на одном валу с генератором.

4. Статор

Корпус статора выполнен целиком сварным. Он состоит из 5 горизонтальных поясов общей высотой, равной высоте активного железа, (из которых нижний пояс устанавливается на фундамент, верхний горизонтальный пояс - под балки верхней крестовины).

Между всеми горизонтальными поясами вварены распорные угольники и ребра жесткости. Из условий транспортирования корпус статора выполнен из четырех частей. Соединение четверок производится при помощи стыковых брусьев, стянутых между собой шпильками.

По всей средней части обшивки статора имеются многочисленные окна для выхода нагретого воздуха.

Активное железо статора отштамповано из высоколегированной стали толщиной 0.5 мм и покрыто лаком с обеих сторон. Сегменты статора железа набраны в перекрой на специальные клинья, прочно приваренные к горизонтальным поясам корпуса статора. Запрессовка активного железа в корпус производится при помощи нажимных гребенок, расположенных сверху и снизу железа статора и стягиваемых шпильками. Для обеспечения хорошего охлаждения меди и железа статора все активное железо разбито по высоте на небольшие пакеты, между которыми имеются вентиляционные каналы. Всего таких каналов - 22.

Крайние листы верхнего и нижнего пакетов собраны уступами во избежание их распушовки. Статор установлен на 8 фундаментных плитах и крепится к ним 16-ю болтами. Фундаментные плиты установлены на фундамент и крепятся к нему 16-ю фундаментными шпильками. Во избежание поворота статора при работе генератора между нижней плоскостью статора и фундаментными плитами установлены радиально расположенные установочные штифты. Радиальное расположение штифтов обеспечивает одновременно и свободное температурное перемещение корпуса статора при его нагреве.

5. Обмотка статора

Обмотка статора двухслойная с непрерывной корпусной термореактивной изоляцией.

Все стержни обмотки, после изолировки проходят электрические испытания высоким напряжением и затем укладываются в пазы железа статора. В местах стыков частей статора обмотка закладывается на месте установки генератора. После закладки обмотки в статор и сборки всей системы, вся обмотка вновь испытывается высоким напряжением.

Основные данные обмотки:

Обмотка облегающая (волновая).

Число пазов - 528.

Число полюсов 2Р - 68.

Число пазов на полюс и фазу 10/17.

Число стержней в пазу - 2.

Шаг обмотки 1 - 10 - 17.

Соединение - 2 группы параллельно.

В каждом стержне 34 проводника размерами 4.4 х 2.83

С термоактивной изоляцией 4.7 х 3.13

Из генератора выведены начало и конец каждой фазы обмотки статора, выводы располагаются под статором в зоне холодного воздуха. Для контроля за температурой обмотки и железа статора в пазы во всех трех фазах заложены температурные детекторы.

6. Ротор

Ротор имеет многократную испытанную конструкцию, обеспечивающую механически надежную работу при всех скоростях до угонной включительно.

Остов ротора разборный: он состоит из 12 спиц, которые в центре по верхней и нижней полкам схвачены дисками, диски в свою очередь приболчены к мощным фланцам центральной втулки ротора, насаженной на вал в нагретом состоянии. По периферии, по верхним полкам, спицы связаны между собой легкими швеллерными балками, фиксирующими правильность положения спиц по торцам; по нижним полкам спицы связаны мощными балками, которые кроме связывающих функций по периферии, придают достаточную жесткость остову ротора при подъеме вращающихся частей агрегата на тормозах домкрата. В нижних балках снизу имеются заточки для приятия на себя центробежной силы прикрепленного к ним тормозного кольца. Тормозное кольцо состоит из отдельных полированных сегментов. С наружных торцов каждой спицы вварены по одному толстому брусу, в которых фрезеруются канавки для расклиновки обода ротора. Втулка остова ротора нижней своей стороной упирается в заточку вала, а сверх ней запирается запорным кольцом, сидящим в выточке вала. Все соединения остова ротора выполняются с помощью конических шпилек под развертку. Для более равномерной подачи воздуха к статору в промежутки между спицами, через обод, к верхней и нижней полкам спиц, крепятся закрытия, закрывая часть промежутков между спицами ближе к периферии. Обод ротора набирается из отдельных сегментов, отштампованных из листовой стали толщиной 5мм. Обод ротора подразделен на три пакета с промежутками между ними 30мм. При сборке отдельных сегментов в кольцо, каждый последующий слой сдвигается на одно полюсное деление. Стыки сегментов в слое не плотно прилегают друг к другу, а имеют зазор около 60мм. Все эти зазоры между стыками отдельных сегментов, вместе с промежутками между пакетами обода, обеспечивают интенсивную подачу воздуха к наиболее нагретым активным частям машины. По торцам спиц обод расклинивается мощными клиньями, обеспечивающими плотную посадку обода на остов ротора.

Весь вес собранного обода удерживается нижними уступами в 12 брусьях с торцов спиц.

Сердечники полюсов ротора выполнены штампованными из листовой стали толщиной 1мм. Отдельные листы сердечника набраны на 4 шпильки, которые стягивают сердечник посредством концевых стальных шеек. Сердечники полюсов имеют Т-образные хвосты, которые входят в соответствующие пазы, отштампованные в ободе ротора и в них расклиниваются четырьмя стальными клиньями. Собранный сердечник полюса изолируется термореактивной изоляцией.

Сечение меди 9х38/46.

Обмотка зажимается между двумя фигурными шайбами из стеклотекстолита. Внутренняя торцевая поверхность шайб подрезана по винтовой линии с шагом, равным толщине одного винта.

Под нижнюю шайбу подкладывается стальная шайба, в которую опирается стальные цилиндрические пружины служащие для постоянного отжатия меди обмотки. Пружины устанавливаются в специально предусмотренных гнездах на ободе ротора. Все катушки обмотки полюсов соединены последовательно.

Междуполюсные соединения крепятся хомутиками: место соединения тщательно пропаивается припоем ПОС-40. От выводных концов катушек ротора, токопровод ведется по ротору плоскими шинами до контактных колец установленных на валу непосредственно над ротором. Контактные кольца не разъемные, насаженные в горячую, на массивную омиконическую втулку.

Ротор снабжен замкнутой медной успокоительной обмоткой низкого сопротивления (R около 7 см.). Шесть медных стержней проходят через башмак полюса, щеку и имеющиеся с обеих сторон коротко-замыкающиеся полюса успокоительной обмотки каждого полюса, которые соединяются между собой в общее кольцо при помощи гибких пластин из тонких листьев фосфористой бронзы со складкой для компенсации тепловых расширений и механических сдвигов полюсов, могущих быть в эксплуатации. Соединительные пластинки прибалчиваются болтами к лобовым полюсам успокоительной обмотки.

К торцевым частям обода ротора крепятся вентиляционные лопатки, обеспечивающие подачу охлажденного воздуха к лобовым частям, а также поступление воздуха внутрь машины.

Подъем ротора при ремонте производится краном со специальной траверсой, захватывающей ротор за нижний диск.

Контроль изоляции обмотки ротора.

Контроль изоляции обмотки ротора гидрогенератора вместе с якорем возбудителя осуществляется защитой от замыкания на землю цепей ротора, которая действует на сигнал.

7. Подпятник

Подпятник состоит из 16 неподвижных сегментов, трущаяся поверхность которых фторопластовая. На сегменты подпятника опирается стальной вращающийся диск с полированной поверхностью, который скреплен с опорной втулкой, насаженной на вал.

Сегменты подпятника опираются на мощные винтовые домкраты. Между сегментами и домкратами помещены тарельчато-обрезные опоры.

Сферическая поверхность головок опорных винтов домкратов обеспечивает возможность самоустановки сегментов в наивыгоднейшее положение в отношении создания масляного клина.

При монтаже необходимо обратить внимание на то, чтобы поверхности трения всех сегментов были на одном уровне, что и достигается с помощью имеющихся в подпятнике винтовых домкратов. После достижения этого домкраты застопориваются.

Весь подпятник собирается в масляной ванне, которая в то же время является и корпусом подпятника и подшипника. Ванна подпятника распирается восемью лапами легкой конструкции воспринимающими боковые удары вала генератора. Общая нагрузка на подшипник около 1150 тонн, которая слагается из следующих составляющих:

1. Вес ротора генератора с валом и другими вращающимися частями ок. 330 тонн.

2. Вес вращающихся частей турбины плюс реакция воды ок. 820 тонн.

Потери трения подпятника при номинальных оборотах составляют ок. 165 кВт.

Подпятник работает при постоянном объеме масла в ванне на самосмазке.

Насосным действием, образующимся при вращении диска, масло гонится к наружной стенке масляной ванны. В отсеках масляной ванны установлены 16 маслоохладителей, проходя через которые горячее масло охлаждается, вся поверхность на уровне маслоохладителей, за исключением маслоохладителей закрытых щитами, чтобы горячее масло проходило только сквозь трубки маслоохладителя.

Патрубки подачи и слива воды в секции маслоохладителя выведены на наружную поверхность ванны.

Масло требуется турбинное марки УТ с вязкостью в градусах Энглера 4-4.5 при 50°С.

8. Направляющие подшипники

В масляной ванне подпятника помещен и верхний направляющий подшипник. Шейкой для подшипника служит нижний фланец опорной втулки подпятника. Направляющий подшипник выполняется также из отдельных самоустанавливающихся сегментов, залитых баббитом. Число сегментов 16. Опираются сегменты на винтовые регулируемые опоры. Подшипник выполнен купающимся без принудительной подачи масла.

Верхняя крестовина

Верхняя крестовина гидрогенератора выполнена в виде двух продольных балок, устанавливаемых на верхнее кольцо корпуса статора. Балки несут на себе нагрузку от возбудителей, маслоприемника турбины, регуляторного генератора турбины и перекрытия. В центральной части, между балками по перекрытию установлена траверса контактных колец генераторов, а также устанавливается воздухоразделяющий щит, преграждающий путь воздуха из машинного зала в разряженное пространство вокруг ротора.

Все пространство между балками и снаружи балок закрывается перекрытием из листов рифленой стали. Для увеличения жесткости магнитной системы подвозбудителя на всех агрегатах установлены дополнительно ребра жесткости.

Для уменьшения поперечных колебаний на агрегате № 1 установлены специальные металлоконструкции, аналогичные балкам верхней крестовины.

9. Тормозная система

Для торможения гидроагрегата в тормоза при помощи специального крана, подводится сжатый воздух под давлением 7 атмосфер (избыточных) из магистрали станции. Для подъема ротора на тормозах применяется приводной передвижной насос высокого давления, присоединенный через вентили к трубопроводу тормозов. Давление в тормозах при этом должно быть порядка 100 атмосфер. Вся аппаратура торможения расположена на лапе верхней крестовины. После подъема ротора на тормозах масляным давлением необходимо повернуть за рукоятку поворотное кольцо тормоза так, чтобы выступы его встали под сухари тормозной колодки. После этого масляное давление можно снять. Поднимается ротор на высоту около 13мм.

10. Огнетушительное устройство

Сверху и снизу лобовых частей обмотки статора установлено по одному кольцевому трубопроводу. Многочисленное количество небольших отверстий по всей поверхности труб обеспечивает попадание струй воды на всю поверхность лобовых частей обмотки. В каждое кольцо вода подается с двух диаметрально-противоположных точек.

11. Вентиляция

Вентиляция генератора осуществляется по замкнутому циклу. Вентиляция генератора симметричная двухсторонняя. Воздухоохладители расположены вокруг генератора вертикально 24 шт. Между воздухоохладителями встроены 4 патрубка для выпуска горячего воздуха для обогрева машинного зала.

Взамен выпущенного горячего воздуха для обогрева машинного зала подается чистый холодный воздух под нижний воздухоразделяющий щит с отметкой 20,35.

Общий расход циркулирующего в машине воздуха составляет около 35 кубических метров в секунду.



12. Тепловой контроль и электрическая проводка

Для теплового контроля активного железа статора и обмотки каждой фазы, в пазы заложены 12 термодетекторов, выведенных наружу на панели. Термодетекторы расположены тремя группами в средней по высоте части активного железа на дне пазов и между стержнями обмотки.

Для контроля температуры сегментов подпятника, подшипника, масла и воздуха в генераторе установлены термометры сопротивления и термометрические сигнализаторы. Первые служат для контроля температуры в любой момент по желанию обслуживающего персонала, а вторые служат только для защиты от перегрева и автоматически включают сигнальные контакты при действии заранее предусмотренной критической температуры.

Все кабели термометров сопротивлений и шланги термосигнализаторов в масляной ванне сведены в одно место и выводятся наружу через специальный сальник.

13. Возбудитель и подвозбудитель

Возбуждение генератора производится от сидящих на одном валу с ним главного возбудителя и подвозбудителя.

Главный возбудитель представляет собой генератор постоянного тока с независимым возбуждением и имеет следующие данные:

Тип В 220/43 - 12;

Мощность - 408 кВт;

Напряжение - 340 В;

Сила тока - 1200 А;

Потолочное напряжение - 550 В;

Скорость нарастания возбуждения 640 В/сек.

Предусмотрено регулирование возбуждения генератора как по току, так и по напряжению. Ток статора гидрогенератора через устройство компаундирования, воздействует непосредственно на обмотку возбуждения возбудителя.

Напряжение гидрогенератора регулируется и поддерживается по схеме ГРВ через корректор напряжения, который воздействует на специальную дополнительную обмотку возбудителя, расположенную на его главных полюсах.

Одновременно с этим предусмотрена релейная форсировка возбуждений и развозбуждения, действующая при резком снижении либо повышении напряжения генератора. Возбуждение возбудителя производится от вспомогательного возбудителя, который представляет собой генератор постоянного тока смешанного возбуждения с сильной сериесной обмоткой и имеет следующие данные:

П/возбудитель Тип В-92/40 - 10.

Мощность - 35 кВт;

Напряжение - 230 В;

Сила тока - 152 А.

Генератор двигателя маятника регулятора турбин (пендель-генератор).

На верху гидрогенератора на одном валу с ним установлен генератор для питания двигателя маятника регулятора турбины.

Он представляет собой генератор с постоянными магнитами.

Передача вращения от вала генератора на ротор пендель-генератора осуществляется через муфту, установленную в масляной колонке турбины, имеющую непосредственную связь с валом генератора. Ротор пендель-генератора вращается на двух радиальноупорных шарикоподшипниках.

Генератор имеет следующие данные:

Тип СПМ 60/20 - 12;

Мощность 0,45 кВа;

Рабочее напряжение 35 В;

Частота 8,62 Гц.

Устройство синхронизации.

Включение генератора в сеть в аварийном режиме производится способом автоматической самосинхронизации и способом автоматической точной синхронизации в нормальных режимах.

Однако, при необходимости генератор может быть включен в сеть способом ручной синхронизации или способом точной ручной синхронизации, пользуясь колонкой синхронизации, расположенной на главном щите управлении.

14. Разрез здания цимлянской ГЭС



15. Рыбоподъемник

Рыбоподъемник предназначен для пропуска из нижнего бьефа в верхний осетровых, частиковых и других пород рыб, направляющихся вверх по течению для нереста. Рыбоподъемник размещен между водосливной плотиной и зданием ГЭС. Выбранное положение определилось следующими соображениями:

а) наличием постоянного тока воды от ГЭС, что способствует привлечению рыбы к входному отверстию рыбоподъемника;

б) возможностью использования раздельных пирсов между плотиной и зданием ГЭС для устройства входных и выходных лотков рыбоподъемника.

В состав рыбоподъемника входят следующие устройства: входной лоток, садок, рыбоподъемный шлюз, выходной лоток и малый гидроагрегат.

Малый гидроагрегат установлен в машинном зале, расположенном под выходным лотком рыбоподъемника; зал соединен с турбинным помещением ГЭС проемом размером 3,5Ч2,5 м, закрываемым герметическими воротами. Водоприемник агрегата расположен в верховом пирсе. Забор воды осуществляется под выходным лотком рыбоподъемника через три отверстия в левой стенке пирса, со стороны здания ГЭС. Отверстия перекрываются решетками, которые во время ремонта агрегата заменяются шандорами. В качестве быстродействующего затвора применен плоский затвор с гидравлическим приводом грузоподъемностью 60 т, который установлен в отсасывающей трубе турбины. Он используется также при ремонте малого агрегата. Затвор перекрывает отверстие размерами 4,0Ч1,5 м и рассчитан на напор 33,5 м.

Размещено на Allbest.ru